Экономично использовать метод групповой взаимозаменяемости для малозвенных размерных цепей, к точности замыкающих звеньев которых предъявляются высокие требования. 11 страница

Потери материала сокращаются с уменьшением числа стадий, которые проходит предмет природы до его превращения в изделие. Идеальным было бы непосредственное превращение предмета природы в годное изделие. Например, непосредственное получение болтов из круглого прутка на холодновысадочных автоматах с накаткой резьбы снизило отход металла при изготовлении болтов М10 (рис.23.2) в 2,4 раза по сравнению с изготовлением тех же болтов из шестигранного прутка на токарном автомате.

Рис.23.2. Отходы металла при изготовлении болта на токарном автомате (а) и методом холодной высадки с последующей накаткой резьбы (б)

Если получить готовую деталь непосредственно из полуфабрикатов не удается, наибольший эффект дает максимальное приближение форм и размеров заготовки к готовой детали. Примером может служить сопоставление масс заготовок коленчатого вала, одна из которых, полученная свободной ковкой (рис.23.3 а ), имеет массу 163 кг, а другая, полученная штамповкой в закрытых штампах (рис.23.3 б), имеет массу 87 кг. Трудоемкость механической обработки заготовки при одинаковом объеме выпуска и на том же оборудовании в первом случае составляет 40,6, а во втором – 19 нормо-часов, т.е. сокращается на 59%.

Рис. 23.3. Заготовки коленчатого вала

Большую экономию материала и снижение трудоемкости механической обработки обеспечивают переход к использованию точных отливок, сварных заготовок и внедрение рационального раскроя листов.

23.1.2. Использование наиболее дешевых материалов

Выбору наиболее дешевых материалов при конструировании деталей способствует точность формулировки их служебного назначения и условий, в которых им предстоит работать.

Экономию дорогих металлов дает конструкция детали, отдельные части которой сделаны из разных материалов. Например, стыковая сварка позволяет сделать стержень клапана из стали 40Х, а головку клапана из стали 40Х10С2М (рис.23.4). Те же результаты обеспечивает применение биметаллов – двухслойных материалов (сталь - бронза, сталь – алюминиевые сплавы и др.). Из биметаллических материалов изготовляют втулки, служащие опорами валов, вкладыши подшипников автомобильных и тракторных двигателей и других деталей.

Широкие возможности в экономии металлов создает появление новых неметаллических материалов с высокими механическими свойствами. Например, синтегран – материал, получаемый из крошки гранита и связующей смеси. Обладая высокой прочностью, синтегран не дает усадки, хорошо гасит вибрации, легко схватывается с металлом. Его можно использовать для изготовления корпусных деталей, валов, ступиц зубчатых колес, стержней инструментов и других деталей.

Рис.23.4. Заготовка клапана (а) и готовая деталь (б) из различных материалов

Получение от ходов в наиболее ценном виде. Отходы металла, получаемые при изготовлении деталей, могут иметь различную стоимость в зависимости от возможностей их дальнейшего использования.

Отходы в виде стружки, обрезков, облоев, лома и пр., непригодные для машиностроительного предприятия. Являются ценным сырьем для металлургических предприятий.

Если отходы могут быть использованы для получения полноценных заготовок других деталей, их стоимость или не отличается от первоначальной стоимости материала или близка к ней. Примером полноценного использования отходов может служить получение четырех заготовок колец и стержня резца из отходов, образующихся при изготовлении каждой предшествующей заготовки (рис.24.4).

Рис.23.4. Пример полноценного использования отходов

23.2. Сокращение расходов на заработную плату

Расходы на заработную плату основных производственных рабочих:

,

где s-часовая ставка рабочего первого разряда, устанавливаемая на определенный период времени коллективным договором, руб.;

z-разрядный коэффициент работы, определяемый по квалификационному справочнику;

t - время, затрачиваемое на выполнение операции (штучно- калькуляционное время), мин;

f - число станков или рабочих мест, обслуживаемых одним рабочим;

т -число операций, необходимых для изготовления единицы продукции.

Затраты на заработную плату наладчиков рассчитываются так же, как и расходы на заработную плату основных рабочих, но при своих значениях s, z, f и t.

Сокращение расходов на заработную плату производственных рабочих и наладчиков может быть осуществлено путем уменьшения числа операций, необходимых для изготовления изделия, снижения квалификации работы за счет ее упрощения, сокращения времени, затрачиваемого на выполнение операции, увеличения числа единиц оборудования, обслуживаемого рабочим и наладчиком. Внедрение обслуживания одним рабочим нескольких единиц оборудования требует комплексного решения нескольких технологических и организационных вопросов. Загрузку оборудования и рабочего наглядно можно представить с помощью циклограммы (рис.23.5).

Рис.23.5. Циклограмма многостаночного обслуживания

Сокращение времени на переходы от одного станка к другому обеспечивается грамотной расстановкой оборудования (рис.23.6).Число операций и квалификация работы предопределяются сложностью конструкции изделия и построением технологического процесса. Затраты времени на выполнение операции зависят от значений величин, составляющих штучно-калькуляционное время, и ее структуры. Пути сокращения затрат времени на выполнение операции были рассмотрены ранее.

Рис.23.6. Расстановка оборудования при многостаночном обслуживании

23.3. Сокращение расходов на содержание, амортизацию и эксплуатацию средств труда

Средства труда на предприятии должны находится в рабочем состоянии. Для этого их нужно содержать в надлежащих условиях и своевременно ремонтировать.

Средства труда постепенно изнашиваются в физическом и моральном смысле, в результате чего их использование становится либо невозможным, либо экономически невыгодным. Средства, необходимые для замены износившегося или морально устаревших оборудования и приспособлений новыми, накапливают за определенный период в виде амортизационных отчислений, входящих в себестоимость единицы продукции.

Для приведения средств труда в действие расходуются электроэнергия, сжатый воздух, топливо, охлаждение, смазочные материалы и пр. затраты на эксплуатацию средств труда и расходы на амортизацию части здания, относящейся к ним, так же включаются в себестоимость единицы продукции.

Основными путями сокращения расходов на содержание, амортизацию и эксплуатацию средств труда являются следующие.

1. Бережное отношение к средствам труда (соблюдение условий эксплуатации; защита от воздействия вредных факторов, ускоряющих изнашивание оборудования и приспособлений; тщательный уход; систематический контроль состояния, своевременное техническое обслуживание и ремонт.

2. Приобретение оборудования, приспособлений и инструментов, стоимость которых находится в соответствии с видом, объемом и длительностью выпуска производимой продукции.

3. Повышение коэффициента использования оборудования, особенно дорогостоящего.

4. Снижение затрат на силовую электроэнергию за счет применения оборудования, мощность электродвигателей которого соответствует выполняемой работе. Экономия электроэнергии, расходуемой на нагрев, сварку, обработку заготовок, а так же затрат на пар, газ, сжатый воздух и другие энергоносители.

5. Экономически целесообразное приобретение и использование инструментов.

6. Эксплуатация режущих инструментов с режимами, соответствующими их экономической стойкости, своевременный вывод из работы затупившегося инструмента, снижение стоимости перетачивания.

7. Рациональное использование объема части здания, относящейся к изготовлению данного изделия и используемой для размещения оборудования, стеллажей, заделов и пр.

23.4. Сокращение накладных расходов

К накладным расходам относятся расходы на заработную плату инженерно - технических работников, счетно-конторского персонала, обслуживающего персонала, вспомогательных рабочих, если они не закреплены за определенными рабочими местами; расходы по содержанию транспорта; расходы по охране труда и технике безопасности; расходы по хозяйственному инвентарю; канцелярские расходы и пр.

Сокращение накладных расходов может осуществляться за счет уменьшения значений всех слагаемых, составляющих накладные расходы: упрощения управленческого аппарата. Сокращение брака и потерь и т.д.

ЛЕКЦИЯ 24

24. Технологичность конструкции изделия. Выбор наиболее экономичного варианта технологического процесса

24.1. Технологичность конструкции изделия

Конструкцию машины или детали принято называть технологичной. Если она позволяет в полной мере использовать для изготовления наиболее экономичный технологический процесс, обеспечивающий ее качество при надлежащем количественном выпуске.

Являясь одним из свойств конструкции, технологичность дает возможность снизить трудоемкость изготовления изделия и его себестоимость. Опыт машиностроения показывает, что путем повышения технологичности конструкции машины можно получить дополнительно сокращение трудоемкости ее изготовления на 15—25% и снижения себестоимости на 5-6%. Например, стоимость обработки отверстия диаметром 8 мм на глубину свыше 90 его диаметров в несколько раз превысила бы стоимость всех остальных операций по изготовлению корпуса цилиндра приведенного на рис. 24.1.

Рис.24.1. Пример нетехнологичной конструкции корпуса гидравлического цилиндра

Из-за специфики конструкций и условий производства невозможно дать всеобъемлющие рекомендации по поводу того, какую конструкцию изделия считать технологичной или нетехнологичной, поэтому ограничимся несколькими примерами, поясняющими лишь смысл этих представлений.

На рис.24.2. с левой стороны расположены примеры нетехнологического оформления конструкций деталей и их элементов, с правой стороны те же конструкции, но более технологичные.

Обработка отверстия со стороны наклонной и криволинейной поверхности (рис.24.2. а) затруднена тем, что при врезании сверло будет скользить и может сломаться. Без канавки для выхода шлифовального круга (рис.24.2 б) переход от цилиндрической к плоской поверхности получится с закруглением. Долбить шпоночный паз во втулке до упора (рис.24.2 в) невозможно; необходимо отверстие (кольцевая выточка) для выхода резца. Обработка сквозного ступенчатого отверстия проще, чем обработка двух отверстий с противоположных сторон втулки (рис.24.2 г).

Рис. 24.2. Примеры нетехнологичных и технологичных конструкций деталей

Размещение крепежных отверстий в корпусе на сплошной полке (рис.24.2 д), а не на лапках позволяет обрабатывать поверхность полки на проход и воспользоваться преимуществами многоместной обработки. Если отверстия дополнить цековками, то необходимость в обработке полки отпадает. Фасонные отверстия (рис.24.2 е) могут быть обработаны только протяжкой и вырубкой в листовом материале, что экономично лишь при большом объеме выпуска изделий.

Вопрос создания технологичных конструкций машин и их деталей необходимо рассматривать комплексно. Например, для валов наиболее технологичной является бесступенчатая цилиндрическая поверхность. Однако такая конструкция вала усложнила бы конструкцию сборочной единицы из-за усложнения конструкции сопрягаемых с валом деталей и введения дополнительных деталей.

Технологичность конструкции машины или детали тесно связана с их количественным выпуском. Объясняется это тем, что при различных объемах выпуска изделий в единицу времени и по неизменным чертежам используют оборудование и технологическую оснастку различной производительности и с разными первоначальными затратами. Например, конструкция оси (рис.24.3) технологичная при ее изготовлении в многоместном приспособлении на горизонтально-фрезерном станке (рис.24.3 а) при увеличении объема выпуска становится нетехнологичной. Возросший объем выпуска привел к использованию карусельного типа оборудования, что потребовало изменения одного из конструктивных элементов оси (рис.24.3 б) – введения криволинейной поверхности определенного радиуса.

Рис.24.3 Технологичные конструкции оси.

Не редки случаи, когда с понятием о технологичности отождествляется понятие об экономичности конструкции. Так как источники экономии затрат различны, то смешивать эти понятия недопустимо. Более технологичная конструкция может оказаться не экономичной. Так, на рис.24.4. представлены две конструкции подшипника скольжения.

Первая из них будет более технологичной из-за простоты конструкции, а следовательно, и более экономичного технологического процесса изготовления. Технологический процесс изготовления второй втулки более сложен и дорог. Однако то, что втулка первой конструкции целиком изготовляется из дорогостоящей бронзы, а вторая имеет лишь бронзовый вкладыш в стальном корпусе, делает конструкцию последней более экономичной.

Рис.24.4 Технологичная (а) и экономичная(б). но менее технологичная конструкция подшипника скольжения

Понятие о технологичности конструкции распространяется не только на технологические процессы изготовления, но и на процессы технического обслуживания и ремонта машины.

24.2. Унификация конструкций машин

Под унификацией машин понимают использование в различных машинах одних и тех же сборочных единиц и деталей. Унификация позволяет увеличить объем выпуска унифицированных изделий и организовать для их изготовления специальные цеха и заводы с применением передовой технологии и организации производства. Выпуск в больших объемах одинаковых изделий на специализированных заводах открывает возможность использования более дорогого, но более производительного оборудования, инструмента и технологической оснастки, способствующих снижению трудоемкости изготовления изделий. Широко известными унифицированными изделиями являются подшипники качения, электродвигатели, детали и узлы автомобилей и т.д. Например, Горьковский автомобильный завод использовал в грузовых автомобилях ГАЗ-51А –55%, ГАЗ-52-03 – 71%, ГАЗ-53 – 62,3%, ГАЗ-66 – 42,5% унифицированных деталей.

Унификация изделий приводит к существенным экономическим выгодам, получаемым в результате увеличения объемов их выпуска. Установлено, что снижение себестоимости изделий при переходе от мелкосерийного их производства к массовому достигает 75% и более.

24.3. Типизация технологических процессов

Под типизацией технологических процессов понимают разработку технологических процессов на изготовление типовых деталей, сборочных единиц и машин в целом, отражающих наиболее передовой опыт и достижения промышленности, науки и техники.

Машины или детали делят на классы. Классом называют совокупность изделий (машин, СЕ или деталей), обладающих близостью служебного назначения.

Сходство служебного назначения изделий порождает сходство требований, которым должна удовлетворять машина, СЕ или деталь, близость конструктивных форм, размеров и других качественных показателей.

В каждом классе машин, СЕ и деталей выбирают типовую машину, СЕ или деталь. Типовой называют деталь (машину, СЕ), наиболее полно представляющую служебное назначение данного класса. Типовая деталь (машина, СЕ) должна охватывать все конструктивные элементы, присущие данному классу деталей, отличаться наиболее высокими требованиями к точности размеров, изготовляться из материала, соответствующего служебному назначению деталей данного класса. В случае, если ни одна деталь данного класса не отвечает в полной мере указанным требованиям, то разрабатывают конструкцию детали-представителя, учитывающую особенности всех деталей, составляющих класс.

При разработке технологии изготовления конкретной детали из технологического процесса типовой детали выбирают операции и переходы, касающиеся ее конструкции, указывают численные значения ее размеров и требований к точности. Порядок же обработки заготовок остается общим для всех деталей, включенных в класс.

Разработку типовых технологических процессов ведут с учетом типа производства. Для разных объемов выпуска изделий будут свои типовые технологические процессы, ориентированные на применение наиболее производительного оборудования и технологической оснастки, экономичных для данного типа производства.

Типовые технологические процессы способствуют следующему:

· облегчению труда технологов и сокращению затрат времени на разработку технологии изготовления новых изделий;

· сокращению циклов подготовки производства новых изделий;

· внедрению в производство наиболее передового опыта и достижений науки и техники;

· выявлению потребностей в новых видах оборудования и технологической оснастки;

· отработке технологичности конструкции машины, СЕ и деталей.

24.4. Метод групповой обработки заготовок деталей

В массовом и крупносерийном производстве увеличение производительности процессов изготовления деталей достигается главным образом за счет применения высокопроизводительных специальных оборудования и технологической оснастки.

В мелкосерийном и единичном производстве, где объемы партий изготовляемых деталей обычно невелики, обходятся в основном универсальными средствами производства. Специальные приспособления и инструмент применяют лишь в исключительных случаях.

Метод групповой обработки предоставляет возможность расширить применение более производительного оборудования в мелкосерийном и единичном производстве. Его сущность сводится к следующему.

Детали, подлежащие изготовлению, группируют по близости их служебного назначения. Что приводит к общности конструктивных форм, материалов, размеров, требований к точности. В группе выбирают наиболее сложную деталь и для каждой операции ее технологического процесса разрабатывают схему настройки станка. Другие детали, входящие в группу. Могут быть изготовлены на данной операции либо без поднастройки станка и с использованием только части инструмента, установленного на станке, либо с частичной заменой инструмента и частичной поднастройкой станка. Затраты подготовительно-заключительного времени при этом существенно сокращаются. Большая производительность используемых станка и технологической оснастки уменьшает штучное время.

Например, для изготовления каждой из деталей, показанных на рис.24.5, при условии, что объемы партий не будут превышать 10 шт., вероятнее всего будет избран универсальный токарно-винторезный станок. Однако объединение втулок в группу А, колец в группу Б и валиков в группу В позволяет вести изготовление групп деталей на токарном станке с ЧПУ, используя групповые настройки.

Рис.24.5. Объединение деталей в группу

Метод групповой обработки используют в среднесерийном производстве при создании переналаживаемых агрегатных станков и автоматических линий. Благодаря методу групповой обработки стала возможна автоматизация мелкосерийного и единичного производства и построение ГПС.

24.5. Выбор наиболее экономичного варианта технологического процесса

Для сопоставления двух и большего числа возможных вариантов технологического процесса с целью выбора наиболее экономичного можно использовать графо-аналитический метод. Для этого все расходы, связанные с осуществлением каждого варианта, делят на две группы: не зависящие и зависящие от числа подлежащих изготовлению изделий.

В первую группу включают расходы на оборудование, приспособления и комплект инструментов. Во вторую группу включают расходы на заработную плату рабочих и наладчиков, расходы на материалы, содержание, эксплуатацию и амортизацию оборудования, приспособлений и инструментов.

Если обозначить первую группу расходов через b, вторую через m и число изделий через x, то себестоимость изготовления x изделий (рис.24.6):

.

Рис.24.6. Графическое сопоставление себестоимости трех различных вариантов технологического процесса

Для сравнения нескольких вариантов технологического процесса, например трех, необходимо составить три уравнения:

,

каждое из которых дейcтвительно при своих предельных значениях x, что и отображает график, приведенный на рис.24.6. Первый вариант технологического процесса будет экономичнее при и , второй – при , а третий - при и при больших значениях .

Изложенный метод позволяет правильно и быстро выявлять наиболее экономичный вариант технологического процесса применительно к данным производственным условиям.

24.6. Экономические связи в производственном процессе

Под экономическими связямив производственном процессе изготовления машины следует понимать отношения между затратами живого и овеществленного труда, определяющими себестоимость единицы продукции.

Количественную сторону экономических связей наиболее полно отображает формула себестоимости единицы продукции. Слагаемые себестоимости получают первоначальные значения при разработке конструкции машины и построении технологического и производственного процессов ее изготовления.

Выбор материала деталей и разработка их конструктивных форм; выбор методов достижения требуемой точности машины и расчет конструкторских размерных цепей; выбор вида и формы организации производственных процессов сборки машины и изготовления деталей; выбор способов получения заготовок и их обработки; выбор технологического, транспортного и других видов оборудования; их планировка и т.д. сопровождаются экономической оценкой принимаемых решений.

В процессе производства машины экономические связи проявляются в действиях и подчинены вероятностным законам. Например, расходы по заработной плате рабочихсвязаны с расходами на материал через величины припусков у заготовок, т.к. больший припуск требует больших затрат времени на его удаление. Большие затраты времени на выполнение операции увеличивают долю амортизационных отчислений по оборудованию, приспособлениям, инструментам, приходящихся на изготовленную деталь, увеличивают расход электроэнергии и используемых при этом материалов.

Ход производственного и технологического процессов находится под воздействием многих факторов, вызывающих отклонение затрат времени на выполнение операции, доставку заготовок и инструментов к рабочим местам, вынужденные простои оборудования, затруднения с наладкой оборудования, сбои в информационном процессе и т.д. В конечном счете, все эти отклонения отражаются на себестоимости изделий.

Если изготовление каждой детали на отдельной операции сопроводить подсчетом себестоимости, то обнаружиться рассеяние ее значений. Рассеиваться будут и значения себестоимости деталей, прошедших весь технологический процесс изготовления. Отсюда следует, что процесс формирования себестоимости единицы продукции является случайным процессом, поэтому характеристиками себестоимости партии изделий должны служить ее среднее значение и поле рассеяния.

Для того, чтобы создаваемые машины были экономичны и конкурентоспособны, необходимо проникновение в область экономических связей с тем, чтобы осознанно формировать их при проектировании машины, технологии, производственного процесса и управлять ими в процессе изготовления машины. Особую остроту эти положения приобретают в условиях рыночной экономики, где качество и экономичность изделий определяют саму возможность финансового существования их производителя.

ЛЕКЦИЯ 25

25. Основы разработки технологического процесса изготовления машины. Разработка технологического процесса сборки машины

Разработка технологического процесса изготовления машины представляет собой решение сложной комплексной задачей, охватывающей процессы сборки машины и изготовления деталей, входящих в ее состав.

Для разработки технологического процесса изготовления машины необходимы следующие исходные материалы: описание служебного назначения машины; технические требования и нормы точности, вытекающие из служебного назначения машины; рабочие чертежи машины; число машин, намечаемых к выпуску в единицу времени по неизменным чертежам; условия, в которых предполагается организовать и осуществлять изготовление машины (на действующем или создаваемом заводе, возможности кооперирования с другими заводами, условия снабжения, наличие и перспективы получения кадров); плановые сроки подготовки производства и выпуска машины.

25.1. Последовательность разработки технологического процесса изготовления машины

Задачей каждого технологического процесса является экономичное изготовление машин, отвечающих их служебному назначению. Для успешного решения этой задачи разработку технологического процесса изготовления машины нужно вести в следующей последовательности:

1. изучение служебного назначения машины, технических требований, норм точности и критический анализ их соответствия служебному назначению;

2. ознакомление с намечаемым количественным выпуском машин в единицу времени и по неизменным чертежам;

3. изучение рабочих чертежей машины и их критический анализ с точки зрения возможности выполнения машиной ее служебного назначения, методов достижения точности, заложенных в конструкцию, технологичности конструкции машины;

4. разработка технологии общей сборки машины и сборки ее сборочных единиц;

5. изучение служебного назначения деталей, технических требований, норм точности и критический анализ их соответствия своему случайному назначению, а также анализ технологичности конструкции деталей;

6. выбор наиболее экономичных способов получения заготовок, обеспечивающих требуемое качество деталей;

7. разработка технологических процессов изготовления деталей;

8. планировка оборудования и рабочих мест;

9. оформление заказов на проектирование и изготовление оборудования, приспособлений и инструментов;

10. внесение в технологический процесс корректив и устранение допущенных ошибок и недочетов.

Изучение служебного назначения машины и анализ технических требований и норм точности

Каждая машина предназначена для выполнения определенного процесса, результатом которого является продукция того или иного вида. Поэтому изучение служебного назначения машины надо начинать с ознакомления с результатами ее действия. Например, изучение служебного назначения станка необходимо начинать с ознакомления с формами, с размерами и требованиями к точности детали, для изготовления которых предназначен станок. Далее следует требования к производительности, мощности, надежности станка и т.д.

Формулировка служебного назначения машины должна включать перечень условий, в которых машине предстоит работать и производить продукцию, требуемого качества в необходимых количествах. Любая машина выполняет технологический процесс с помощью различного рода связей (размерных, кинематических, динамических, электрических, гидравлических и др.), действующих между ее исполнительными поверхностями. Возможность осуществления связей заложена в конструкцию машины в виде связей свойств материалов и размерных связей. Поэтому, изучив служебное назначение машины, технологу необходимо выполнить переход от служебного назначения машины техническим требованиям и нормам точности.

Намечаемый выпуск машины. Ознакомление с намечаемым выпуском машины в единицу времени и по неизменным чертежам необходимо для выбора наиболее экономичных видов и форм организации производственных процессов, которые предопределяют построение технологических процессов, выбор оборудования и технологической оснастки, степень его механизации и автоматизации.